EP0258101A1 - Procédé de fusion de ferraille et four électrique pour la mise en oeuvre du procédé - Google Patents

Procédé de fusion de ferraille et four électrique pour la mise en oeuvre du procédé Download PDF

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EP0258101A1
EP0258101A1 EP19870401761 EP87401761A EP0258101A1 EP 0258101 A1 EP0258101 A1 EP 0258101A1 EP 19870401761 EP19870401761 EP 19870401761 EP 87401761 A EP87401761 A EP 87401761A EP 0258101 A1 EP0258101 A1 EP 0258101A1
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EP
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tank
arcs
current
return
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EP0258101B2 (fr
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Robert André Janiak
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Clecim SAS
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Clecim SAS
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    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/52—Manufacture of steel in electric furnaces
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B3/00—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Tank furnaces
    • F27B3/08—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Tank furnaces heated electrically, with or without any other source of heat
    • F27B3/085—Arc furnaces
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    • H05B7/02—Details
    • H05B7/11—Arrangements for conducting current to the electrode terminals
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Definitions

  • the subject of the invention is a process for melting ferrous raw material, especially scrap metal and also covers the improved electric oven for carrying out the process.
  • Electric furnaces have long been known for melting scrap or other ferrous raw material and reducing the metal bath obtained with the possible addition of alloying elements until a metal of determined composition is obtained.
  • an electric oven consists of a tank bounded by a side wall and a bottom covered with a sole of refractory material and closed by a removable cover in the form of a vault crossed by at least one electrode which generally is consumable and consisting of a graphite bar mounted vertically sliding so as to be able to descend inside the charge of the oven, normally scrap, which is in contact with at least one fixed electrode placed in the hearth.
  • the consumable electrode and the sole electrode are connected to the two poles of a current source.
  • the consumable electrodes are connected to the poles of the current source and the load in contact with the sole electrode constitutes the neutral of the system.
  • one or more electric arcs are formed which produce the melting of the scrap and the formation of a metal bath in the bottom of the tank.
  • furnaces supplied with alternating current have been used mainly, but it has been found that the supply of electrodes with direct current brings numerous advantages such as a reduction in noise and an increase in energy efficiency due to the fact that higher voltages than those permitted in alternating current can be used.
  • the electrodes penetrate into it by digging wells there which determine a kind of isolation of the arcs with respect to each other and promote their stability.
  • the arcs subjected to magnetic effects created by the passage of current in the electrodes, the conductors and other parts of the installation, can form in unpredictable directions and are therefore very unstable.
  • the zone in which the arcs are formed and which is at the highest temperature cannot therefore be maintained in the center of the furnace, the walls and bottom of which can be subjected to excessive temperatures and to significant wear of the refractory.
  • the subject of the invention is a new method making it possible to better control the arcs and, moreover, to direct them towards a determined zone of the furnace without necessarily seeking to maintain the verticality of the arcs.
  • This zone is, generally, the central zone of the hearth, so as to avoid overheating of the walls, but can also be offset with respect to the axis at a place, for example, where the introduction of the cold scrap and / or additives.
  • a set of conductors comprising at least two return conductors each connected to a sole electrode and it is determined the profile and the orientation of at least two conductors of this assembly so as to produce, by the passage of a current continuous of controlled intensity, magnetic fields whose mutual effects of deflection of the arcs, taking into account all the magnetic influences exerted in operation by the other conductors and the different parts of the installation, are such that the arcs are lead to a specific area of the metal bath.
  • the conductors whose profile is determined to adjust the convergence of the arcs are the return conductors placed under the bottom of the tank.
  • the path of these conductors along the bottom of the tank is determined so that the result of the forces exerted on the arcs by the magnetic fields created by the flow of current is as small as possible.
  • additional conductors are arranged along the wall of the tank, the positions and orientations of which are determined and which are passed through by currents of controlled intensity, so as to create magnetic fields capable of to direct the arcs towards a determined area of the bath.
  • the thickness and / or the nature of the metal constituting the bottom of the tank is determined, so that it constitutes a magnetic screen capable of minimizing the effects on the arcs. of current flow.
  • the invention also covers an improved electric oven for implementing the method and provided with at least two return conductors arranged on along the outer face of the bottom of the tank and each comprising a first part which deviates radially from the area of the electrodes up to a distance for which the magnetic field produced by the flow of current has a negligible influence on the electric arc and a second part for connection to the current source, the first parts of the electrodes deviating in divergent directions determined taking into account the possibilities of installation on the bottom of the tank so that, for a total length optimal of all the return conductors, the magnetic fields generated by the passage of current through said conductors produce by mutual compensation, an overall deflection effect such that, taking into account all the magnetic influences exerted on the arcs, the latter head towards a determined zone of the metal bath.
  • FIG. 1 there is shown schematically an electric scrap melting furnace comprising a tank 1 limited by a bottom 11 and a wall lateral 12 and closed by a removable cover in the shape of an arch 13.
  • the tank is supported by rolling or pivoting supports 14 making it possible to tilt it around a horizontal axis so as to pour, for example on one side, the slag and the other side, the molten metal.
  • the pouring orifices, as well as the opening for loading the scrap, have not been shown in the figure.
  • consumable electrodes for example three electrodes 2 consisting of graphite bars which are mounted on the tank so as to slide vertically in passages 65, a device 21 serving as an electrical connection means.
  • the means of progressive descent of the electrodes 2 have not been shown in the figure.
  • a direct current source 4 is placed, for example a transformer-rectifier comprising two poles, respectively a negative pole 41 connected by supply conductors 22 to the consumable electrodes 2 and a positive pole 42 connected by conductors back 5 to the floor electrodes 3.
  • the passage of current through the electrodes leads to the formation of electric arcs 20 between the electrodes 2 and the scrap which, by melting, forms a bath 16 of liquid metal.
  • the flow of current is maintained until complete melting and obtaining, by addition of alloying elements, the desired composition.
  • the return conductors connected to the floor electrodes making them follow a particular path along the bottom of the tank or, in some cases, side walls, but it is also possible to add additional conductors under the tank or around the shell 12 so as to artificially create magnetic fields of controlled intensity and orientation to compensate for the magnetic fields created by the conductors and, in general, all of the elements acting on the arcs.
  • FIGS. 2, 3, 4 and 5 various possible arrangements of the return conductors have been shown.
  • the effects on the arcs of all the elements traversed by a current are calculated, for example by means of a mathematical model, taking into account the intensity of the currents, the magnetic characteristics of the different parts of the tank, of the evolution of the charge and in particular of the rise in temperature during the different phases of the melting, etc.
  • the lengths of the conductors are also involved in the calculation and, in a second step, the arrangement requiring a minimum length of conductors is determined for the most effective control possible of the positioning of the arcs and of their convergence towards a zone. chosen from the metal bath.
  • Figs. 2 to 5 the arrangement of the bottom electrodes 3 and the return conductors 5 is shown diagrammatically in top view.
  • Figs. 2, 3 and 4 three sole electrodes 31, 32, 33 are used, as will generally be the case, arranged in a triangle in the central part of the tank 1.
  • a single sole electrode 34 is used, placed in the center of the tank.
  • the transformer-rectifier 4 is always placed at the top of the figure.
  • the distance L between the side electrodes 32, 33 and the distance 1 between the central electrode 31 and the plane of the side electrodes may vary.
  • Each conductor further comprises, in general, a first part deviating from the corresponding sole electrode by traveling along the bottom of the tank and a second part for direct connection to the transformer-rectifier.
  • the first part 511 of the central conductor 51 can be directed either directly to the transformer 4, or in the opposite direction while the first parts 521 and 531 of the lateral conductors 52 and 53 deviate from the area of the electrodes in divergent directions making opposite angles A and A ⁇ with the direction of the conductor 511.
  • the first part 511 of the central conductor 51 leaves in a direction opposite to the transformer 4 passing between the electrodes 32 and 33 and is connected by an elbow 513 to the connection part 512.
  • the angles A and A ⁇ between the first parts 521, 531 of the electrodes 52, 53 and the direction of the transformer can be between 45 and 60 °, the orientation being defined as a function of the installation possibilities in order to obtain the best possible compensation for the fields produced.
  • the first parts 511, 521 and 531 of the conductors are extended in substantially rectilinear directions up to a distance such that, from the bend, the fields produced by the connecting parts can only have a negligible influence on the arcs.
  • the first part 511 of the central conductor goes directly to the transformer 4 in a direction perpendicular to the plane of the electrodes 32 and 33.
  • the angles A and A ⁇ formed with this direction by the first parts 521 and 531 of the conductors side can be between 45 and 135 °.
  • the central electrode 31 is placed on the side opposite the transformer 4 relative to the plane passing through the side electrodes 32 and 33.
  • the first part 511 of the central conductor moves away in a direction opposite to the transformer 4 and the angles A and A ⁇ of the conductors 521, 531 can be between 0 and 45 °.
  • the bottom 11 of the tank is provided with a single bottom electrode 34. As indicated, this is however connected to the transformer by three conductors 51, 52, 53 which allows on the one hand, to distribute the electric power and on the other hand, to ensure a compensation of the fields making it possible to maintain the electric arc in a chosen direction.
  • the central electrode 51 is directed directly towards the transformer 4 and the first parts 521, 531 of the lateral conductors 52, 53 are directed symmetrically in radial directions forming with the direction of the conductor 51 angles A and A ⁇ between 105 and 135 °.
  • FIG. 6 shows, in vertical section passing through the axis of a sole electrode, a tank 1 mounted on a tilting floor 10 and provided with sole electrodes 3 associated with consumable electrodes 2.
  • induction coils 6 each consisting of a soft iron core 61 surrounded by a winding constituted by one or more windings supplied with direct current under an independent and variable intensity.
  • each coil 6 can be connected directly to the source direct current 4 and, for better balancing of the intensities, include three windings connected by conductors 62 to the three phases of the transformer 4 by means of rectifiers.
  • the induction coils can also be placed under the tank 11 as shown in 63.
  • the positions and orientations of the coils 6 are determined so that the passage of current through the coils creates magnetic fields whose effects on the arcs compensate for the magnetic effects produced by the other parts of the installation.
  • the sole electrodes 3 which are normally made of copper and in any case of non-magnetic metal, cross the bottom 11 and therefore provide therein openings 30 allowing the passage of the field lines. It is therefore preferable, in order to increase the magnetic protection provided by the bottom, to place magnetic screens 35 in the form of covers or simple discs made of very thick sheet metal or of metal alloy with magnetic properties around the return conductors. special and which cover the maximum length of horizontal conductor 51 to hide it from the opening 30 for passage of the bottom electrodes 3. These discs can be formed by a stack of sheets suspended by tie rods 36 at the bottom of the tank.

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Abstract

On dispose, le long de la face extérieure (11) de la cuve et à proximité immédiate de celle-ci, un ensemble de conducteurs comprenant au moins deux conducteurs de retour (5) reliés à une électrode de sole (3), et on détermine le profil et l'orientation d'au moins deux conducteurs de cet ensemble de façon à produire, par passage d'un courant continu d'intensité contrôlée, des champs magnétiques dont les effets mutuels de déviation des arcs, compte-tenu de l'ensemble des influences magnétiques exercées en fonctionnement par les autres conducteurs et les différentes parties de l'installation, soient tels que les arcs se dirigent vers une zone déterminée du bain métallique.

Description

  • L'invention a pour objet un procédé du fusion de matière brute ferreuse, spécialement de la ferraille et couvre également le four électrique perfectionné pour la mise en oeuvre du procédé.
  • On connaît depuis longtemps des fours électriques utilisés pour la fusion de ferraille ou autre matière brute ferreuse et la réduction du bain métallique obtenu avec addition éventuelle d'éléments d'alliage jusqu'à obtention d'un métal de composition déterminée.
  • D'une façon générale, un four électrique est constitué d'une cuve limitée par une paroi latérale et un fond recouvert d'une sole en matière réfractaire et fermée par un couvercle amovible en forme de voûte traversée par au moins une électrode qui généralement est consommable et constituée d'une barre de graphite montée coulissante verticalement de façon à pouvoir descendre à l'intérieur de la charge du four, normalement de la ferraille, qui est en contact avec au moins une électrode fixe placée dans la sole.
  • Dans le cas d'un four à courant alternatif monophasé ou d'un four à courant continu, l'électrode consommable et l'électrode de sole sont reliées aux deux pôles d'une source de courant.
  • Dans le cas d'un four à courant alternatif bi- ou triphasé, les électrodes consommables sont reliées aux pôles de la source de courant et la charge en contact avec l'électrode de sole constitue le neutre du système.
  • Il se forme ainsi entre la charge et chaque électrode consommable, un ou plusieurs arcs électriques qui produisent la fusion de la ferraille et la formation d'un bain métallique dans le fond de la cuve.
  • Jusqu'à présent, on utilisait surtout des fours alimentés en courant alternatif mais on a constaté que l'alimentation des électrodes en courant continu apportait de nombreux avantages tels qu'une réduction de bruit et une augmentation du rendement énergétique du fait que l'on peut utiliser des tensions supérieures à celles permises en courant alternatif.
  • Toutefois, jusqu'à présent on a évité d'utiliser des intensités très importantes en courant continu, car, les courants circulant toujours dans le même sens dans les conducteurs, les électrodes et le bain créent des champs magnétiques importants qui dévient les arcs. En outre, pour des puissances importantes, on utilise plusieurs électrodes de sole et conducteurs de retour, généralement trois, qui créent également des champs produisant des effets de déviation importants sur les arcs.
  • Tant que la charge est sous forme de ferraille, les électrodes pénètrent dans celle-ci en y creusant des puits qui déterminent une sorte d'isolement des arcs les uns par rapport aux autres et favorisent leur stabilité. En revanche, lorsque la charge est totalement fondue, les arcs soumis aux effets magnétiques, créés par le passage du courant dans les électrodes, les conducteurs et d'autres parties de l'installation, peuvent se former dans des directions imprévisibles et sont donc très instables.
  • La zone dans laquelle se forment les arcs et qui est à la température la plus élevée ne peut donc être maintenue au centre du four dont les parois et le fond peuvent être soumis à des températures excessives et à une usure importante du réfractaire.
  • Pour remédier à ces inconvénients, on s'est attaché jusqu'à présent à réaliser des installations aussi symétriques que possible, de façon que les champs magnéti­ques produits par la circulation du courant dans les diffé­rents conducteurs s'équilibrent mutuellement et que le ou les arcs soient maintenus verticaux.
  • Dans le document DE-A-3.414.392, par exemple, on fait arriver tous les conducteurs en un même point situé au-dessous du fond de la cuve, dans l'axe de celle-ci, et à partir duquel les conducteurs rayonnent dans des directions symétriques, les conducteurs négatifs remontant à la verti­cale le long de la paroi latérale pour se rattacher à des conducteurs flexibles de connexion avec l'électrode consom­mable placée au centre de la voûte.
  • Une telle disposition augmente la longueur des conducteurs et, par conséquent, le coût de l'installation et, en pratique, il est très difficile d'obtenir une par­faite symétrie car il ne faut pas seulement tenir compte du circuit des conducteurs, mais également de nombreuses autres influences perturbatrices.
  • En outre, on augmente ainsi l'encombrement de l'espace placé au-dessous de la cuve et qu'il est préférable de dégager.
  • L'invention a pour objet un nouveau procédé permettant de mieux contrôler les arcs et, en outre, de les diriger vers une zone déterminée du four sans chercher nécessairement à maintenir la verticalité des arcs.
  • Cette zone est, généralement, la zone centrale de la sole, de façon à éviter une surchauffe des parois, mais peut aussi être décalée par rapport à l'axe à un endroit, par exemple, où l'on réalise l'introduction de la ferraille froide et/ou des matières d'addition.
  • Conformément à l'invention, on dispose, le long de la face extérieure de la cuve et à proximité immédiate de celle-ci, un ensemble de conducteurs comprenant au moins deux conducteurs de retour reliés chacun à une électrode de sole et l'on détermine le profil et l'orientation d'au moins deux conducteurs de cet ensemble de façon à produire, par passage d'un courant continu d'intensité contrôlée, des champs magnétiques dont les effets mutuels de déviation des arcs, compte-tenu de l'ensemble des influences magnétiques exercées en fonctionnement par les autres conduceurs et les différentes parties de l'installation, soient tels que les arcs se dirigent vers une zone déterminée du bain métallique.
  • De façon particulièrement avantageuse, les conducteurs dont on détermine le profil pour régler la convergence des arcs sont les conducteurs de retour placés sous le fond de la cuve. Le parcours de ces conducteurs le long du fond de la cuve est déterminée de façon que la résultante des efforts exercés sur les arcs par les champs magnétiques créés par le passage du courant soit aussi réduite que possible.
  • Dans un autre mode de réalisation, on dispose le long de la paroi de la cuve des conducteurs additionnels dont on détermine les positions et orientations et que l'on fait parcourir par des courants d'intensité contrôlée, de façon à créer des champs magnétiques susceptibles de diriger les arcs vers une zone déterminée du bain.
  • Selon une autre caractéristique possible du procédé de l'invention, on détermine l'épaisseur et/ou la nature du métal constituant le fond de la cuve, de telle sorte que celui-ci constitue un écran magnétique susceptible de minimiser les effets sur les arcs du passage du courant.
  • L'invention couvre également un four électrique perfectionné pour la mise en oeuvre du procédé et muni d'au moins deux conducteurs de retour disposés le long de la face extérieure du fond de la cuve et comprenant chacun une première partie s'écartant radialement par rapport à la zone des électrodes jusqu'à une distance pour laquelle le champ magnétique produit par le passage du courant a une influence négligeable sur l'arc électrique et une seconde partie de raccordement à la source de courant, les premières parties des électrodes s'écartant suivant des directions divergentes déterminées en tenant compte des possibilités d'implantation sur le fond de la cuve de telle sorte que, pour une longueur totale optimale de l'ensemble des conducteurs de retour, les champs magnétiques générés par le passage du courant dans lesdits conducteurs produisent par compensation mutuelle, un effet global de déviation tel que, compt-­tenu de l'ensemble des influences magnétiques exercées sur les arcs, ces derniers se dirigent vers une zone déterminée du bain métallique.
  • L'invention sera encore illustrée sans être aucunement limitée par la description de plusieurs modes de réalisation donnés à titre d'exemple et représentés sur les schémas annexés.
    • -la Fig. 1 est une vue schématique d'ensemble d'un four électrique de fusion de ferraille;
    • - les Fig. 2, 3, 4 et 5 représentent schématiquement différents exemples de cheminement des conducteurs de retour;
    • - la Fig. 6 représente schématiquement en élévation une cuve de four munie d'un autre dispositif de mise en oeuvre de l'invention.
  • Sur la Fig. 1, on a représenté schématiquement un four électrique de fusion de ferraille comprenant une cuve 1 limitée par un fond 11 et une paroi latérale 12 et fermée par un couvercle amovible en forme de voûte 13. La cuve est supportée par des appuis roulants ou pivotants 14 permettant de la faire basculer autour d'un axe horizontal de façon à déverser par exemple d'un côté le laitier et de l'autre côté, le métal fondu. Les orifices de coulée, ainsi que l'ouverture de chargement de la ferraille n'ont pas été représentés sur la figure.
  • Sur la voûte 13 sont montées des électrodes consommables, par exemple trois électrodes 2 constituées de barres de graphite qui sont montées sur la cuve de façon à coulisser verticalement dans des passages 65, un dispositif 21 servant de moyen de connexion électrique. Le moyens de descente progressive des électrodes 2 n'ont pas été représentés sur la figure.
  • Le fond 11 de la cuve 1 est recouvert d'une sole 15 en matière réfractaire dans laquelle sont incorporées des électrodes fixes 3 qui traversent le fond 11. A proximité de la cuve 1 mais cependant à une distance suffisante pour être protégée de la chaleur et des projections de métal, est placée une source de courant continu 4, par exemple un transformateur-redresseur comprenant deux pôles, respectivement un pôle négatif 41 relié par des conducteurs d'alimentation 22 aux électrodes consommables 2 et un pôle positif 42 relié par des conducteurs de retour 5 aux électrodes de sole 3.
  • Grâce à ces dispositions bien connues, le passage du courant dans les électrodes entraîne la formation d'arcs électriques 20 entre les électrodes 2 et la ferraille qui, par fusion forme un bain 16 de métal liquide. Le passage du courant est maintenu jusqu'à fusion complète et obtention, par addition d'éléments d'alliage, de la composition souhaitée.
  • Pour éviter autant que possible l'influence des champs magnétiques produits par le passage de courant dans les conducteurs sur les arcs électriques, il est préférable de faire partir les conducteurs dans une direction verticale parallèle aux électrodes jusqu'à une distance suffisante pour que les parties horizontales des conducteurs se raccordant à la source de courant 4 n'aient pas d'influence appréciable sur les arcs. C'est la solution adoptée sur le figure pour les électrodes de voûte 2. On pourrait adopter une solution analogue pour les conducteurs de retour 5 mais une telle disposition présente l'inconvénient de faire passer les conducteurs dans la zone placée au-dessous de la cuve et dans laquelle il est intéressant de laisser un passage pour les chariots de support des poches de coulée.
  • En rapprochant les conducteurs 5 de la cuve, on augmente les effets sur les arcs des champs magnétiques créés par le passage du courant dans les conducteurs et, précisément, au lieu de chercher à éviter de tels effets, par exemple en écartant autant que possible les conducteurs du fond de la cuve, on va au contraire rapprocher les conducteurs de la cuve pour utiliser les champs magnétiques créés par le passage du courant, de façon à contrôler le positionnement de la zone de formation des arcs grâce à un cheminement judicieux des conducteurs.
  • En effet, on a eu l'idée de mettre à profit les possibilités de calcul actuelles pour tenir compte de tous les éléments pouvant agir sur l'orientation des arcs et mettre au point un modèle mathématique permettant de choisir le cheminement des conducteurs en calculant le comportement prévisible des arcs avec une assez grande exactitude.
  • Selon les possibilités d'implantation des conducteurs, on pourra utiliser à cet effet les conducteurs de retour branchés sur les électrodes de sole en leur faisant suivre un cheminement particulier le long du fond de la cuve ou bien, dans certains cas, des parois latérales, mais on pourra aussi ajouter des conducteurs additionnels sous la cuve ou autour de la virole 12 de façon à créer artificiellement des champs magnétiques d'intensité et d'orientation contrôlées pour compenser les champs magnétiques créés par les conducteurs et, d'une façon générale, l'ensemble des éléments agissant sur les arcs.
  • A titre d'exemple, sur les Fig. 2, 3, 4 et 5, on a représenté diverses dispositions possibles des conducteurs de retour.
  • D'une façon générale, dans une première étape du procédé, on calcule, par exemple au moyen d'un modèle mathématique, les effets sur les arcs de tous les éléments parcourus par un courant en tenant compte de l'intensité des courants, des caractéristiques magnétiques des différentes parties de la cuve, de l'évolution de la charge et notamment de l'élévation de température au cours des différentes phases de la fusion etc. Dans le calcul, on distingue les éléments dont les caractéristiques et le positionnement sont fixés à l'avance et ceux sur lesquels on peut agir. Par ailleurs, on fait également intervenir dans le calcul, les longueurs des conducteurs et, dans une seconde étape, on détermine la disposition nécessitant une longueur minimale de conducteurs pour un contrôle le plus efficace possible du positionnement des arcs et de leur convergence vers une zone choisie du bain métallique. A cet effet, on choisit un compromis entre le cheminement des conducteurs assurant la compensation des champs et l'augmentation de longueur qui en résulte et qui augmente le prix des conducteurs et les pertes de courant. D'une façon générale, on définira donc le trajet des conducteurs le plus économique pour obtenir la meilleure compensation possible des champs magnétiques.
  • Sur les Fig. 2 à 5, on a représenté schématiquement la disposition des électrodes de sole 3 et les conducteurs de retour 5 en vue de dessus.
  • Sur les Fig. 2, 3 et 4, on utilise, comme ce sera le cas généralement, trois électrodes de sole 31, 32, 33 disposées en triangle dans la partie centrale de la cuve 1. En revanche, dans le cas de la Fig. 5, on utilise une électrode de sole unique 34 placée au centre de la cuve. Le transformateur-redresseur 4 est toujours placé à la partie supérieure de la figure.
  • Selon les cas, et notamment en fonction des possibilités d'implantation des électrodes consommables 2 et des moyens de chargement de la charge, la distance L entre les électrodes latérales 32, 33 et la distance 1 entre l'électrode centrale 31 et le plan des électrodes latérales peuvent varier.
  • Par ailleurs, même dans le cas où l'on utilise une seule électrode centrale 34, on préfère disposer sous la cuve trois conducteurs de retour 5 qui permettent de mieux équilibrer les champs magnétiques créés. Chaque conducteur comprend en outre, d'une façon générale, une première partie s'écartant de l'électrode de sole correspondante en cheminant le long du fond de la cuve et une deuxième partie de raccordement direct sur le transformateur-redresseur.
  • La première partie 511 du conducteur central 51 peut être dirigée soit directement vers le transformateur 4, soit dans la direction opposée alors que les premières parties 521 et 531 des conducteurs latéraux 52 et 53 s'écartent de la zone des électrodes suivant des directions divergentes faisant des angles opposés A et Aʹ avec la direction du conducteur 511.
  • Dans le cas de la Fig. 2, la première partie 511 du conducteur central 51 part dans une direction opposée au transformateur 4 en passant entre les électrodes 32 et 33 et est reliée par un coude 513 à la partie de raccordement 512. Dans ce cas, les angles A et Aʹ entre les premières parties 521, 531 des électrodes 52, 53 et la direction du transformateur peuvent être compris entre 45 et 60°, l'orientation étant définie en fonction des possibilités d'implantation pour obtenir la meilleure compensation possible des champs produits. Les premières parties 511, 521 et 531 des conducteurs sont prolongées dans des directions sensiblement rectilignes jusqu'à une distance telle que, à partir du coude, les champs produits par les parties de raccordement ne peuvent avoir qu'une influence négligeable sur les arcs.
  • Dans le cas de la Fig. 3, la première partie 511 du conducteur central se dirige directement vers le transformateur 4 suivant une direction perpendiculaire au plan des électrodes 32 et 33. Dans ce cas, les angles A et Aʹ formés avec cette direction par les premières parties 521 et 531 des conducteurs latéraux peuvent être compris entre 45 et 135°. On voit que, dans ce cas, on dispose d'une assez large possibilité de choix pour l'orientation des conducteurs latéraux et la longueur du conducteur central 51 est réduite au minimum.
  • Dans le cas de la Fig. 4, l'électrode centrale 31 est placée du côté opposé au transformateur 4 par rapport au plan passant par les électrodes latérales 32 et 33. Dans ce cas, la première partie 511 du conducteur central s'écarte dans une direction opposée au transformateur 4 et les angles A et Aʹ des conducteurs 521, 531 peuvent être compris entre 0 et 45°.
  • Dans le cas de la Fig. 5, le fond 11 de la cuve est muni d'une seule électrode de sole 34. Comme on l'a indiqué, celle-ci est cependant reliée au transformateur par trois conducteurs 51, 52, 53 ce qui permet d'une part, de répartir la puissance électrique et d'autre part, d'assurer une compensation des champs permettant de maintenir l'arc électrique dans une direction choisie.
  • Dans ce cas, l'électrode centrale 51 est dirigée directement vers le transformateur 4 et les premières parties 521, 531 des conducteurs latéraux 52, 53 sont dirigées symétriquement suivant des directions radiales formant avec la direction du conducteur 51 des angles A et Aʹ compris entre 105 et 135°.
  • On voit que de nombreuses dispositions peuvent être adoptées en fonction des puissances électriques utilisées et par conséquent, du nombre et de la répartition des électrodes et des conducteurs, des caractéristiques magnétiques des différentes parties de l'installation et notamment du fond, et des possibilités de cheminement le long du fond de la cuve.
  • Mais il est également possible, en particulier, lorsque l'encombrement du fond de la cuve ne permet pas de donner aux conducteurs de retour les orientations souhaitables, de compenser les effets des conducteurs au moyen de bobines d'induction placées autour de la paroi latérale de la cuve, à proximité de celle-ci.
  • Une telle disposition a été représentée schématiquement sur la Fig. 6 qui montre, en coupe verticale passant par l'axe d'une électrode de sole, une cuve 1 Montée sur un plancher basculant 10 et munie d'électrodes de sole 3 associées à des électrodes consommables 2.
  • Sur le plancher 10 sont montées, aussi près que possible de la paroi latérale 12 de la cuve, des bobines d'induction 6 constituées chacune d'un noyau de fer doux 61 entouré par un bobinage constitué par un ou plusieurs enroulements alimentés en courant continu sous une intensité indépendante et variable. A cet effet, chaque bobine 6 peut être reliée directement à la source de courant continu 4 et, pour un meilleur équilibrage des intensités, comporter trois enroulements reliés par des conducteurs 62 aux trois phases du transformateur 4 par l'intermédiaire de redresseurs. Mais il est aussi possible d'alimenter les bobines directement par le courant de retour des électrodes de sole 3 en les branchant en dérivation sur les conducteurs de retour 51, comme on l'a représenté sur la Fig. 6.
  • Par ailleurs, les bobines d'induction peuvent être également placées sous la cuve 11 comme on l'a représenté en 63.
  • D'une façon générale, les positions et les orientations des bobines 6 sont déterminées de façon que le passage du courant dans les bobines crée des champs magnétiques dont les effets sur les arcs compensent les effets magnétiques produits par les autres parties de l'installation. Dans un mode de réalisation plus perfectionné, il est possible de contrôler les intensités dans les bobines 6 au moyen d'un dispositif de régulation 64 de façon que les arcs électriques se dirigent vers une zone choisie du bain et même de faire déplacer en permanence cette zone de façon à maintenir toutes les parties de la cuve à la même température.
  • Ainsi, alors que dans les modes de réalisation précédents on utilisait les effets magnétiques des conducteurs de retour, dans le dernier cas, le centrage des arcs est obtenu par des champs additionnels qui compensent les effets des conducteurs de retour.
  • Cependant, même si les dispositions qui viennent d'être décrites permettent, selon l'invention de neutraliser ou de compenser les effets des champs magnétiques produits par le passage du courant dans les conducteurs de retour, il n'en reste pas moins que l'on a intérêt à minimiser autant que possible ces effets. Dans ce but, il est intéressant de créer un écran contre les champs magnétques développés par les conducteurs de retour 51 en augmentant la perméabilité du fond 11 de la cuve placé sous la sole réfractaire 15, par exemple en augmentant l'épaisseur du fond ou bien en le réalisant en alliage métallique spécial à haute perméabilité magnétique relative. Les épaisseurs et/ou le choix des alliages seront déterminés en fonction des intensités de courant passant dans les conducteurs de retour 51.
  • D'autre part, les électrodes de sole 3 qui sont réalisées normalement en cuivre et en tous cas en métal amagnétique, traversent le fond 11 et ménagent donc dans celui-ci des ouvertures 30 permettant le passage des lignes de champs. 11 est donc préférable, pour augmenter la protection magnétique apportée par le fond, de placer autour des conducteurs de retour des écrans magnétiques 35 se présentant sous la forme de capots ou de simples disques réalisés en tôle de forte épaisseur ou en alliage métallique à propriétés magnétiques spéciales et qui recouvrent le maximum de longueur de conducteur horizontal 51 pour le masquer vis-à-vis de l'ouverture 30 de passage des électrodes de sole 3. Ces disques peuvent être constitués par un empilage de tôles suspendues par des tirants 36 au fond de la cuve.
  • Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux différents modes de réalisation qui n'ont été décrits qu'à titre d'exemple, d'autres variantes pouvant être imaginées sans s'écarter du cadre de protection défini par les revendications, en employant des moyens équivalents ou en combinant de façon différente les différents moyens qui ont été décrits pour la compensation de l'ensemble des effets magnétiques sur les arcs.

Claims (14)

1. Procédé de fusion de matière brute ferreuse, spécialement de la ferraille dans un four électrique à courant continu comprenant une cuve (1) munie d'un fond (11) recouvert d'une sole réfractaire (15) et fermée par un couvercle amovible (13), des moyens de chargement de matière brute dans la cuve pour la formation par fusion d'un bain (16) de métal liquide, une source (4) de courant continu comprenant deux pôles (41, 42) reliés par des conducteurs d'alimentation (22) et de retour (5), respectivement à au moins une électrode consommable (2) montée coulissante verticalement à travers le couvercle (13) et à au moins une électrode fixe (3) placée dans la sole (15), pour la formation d'au moins un arc électrique (20) entre chaque électrode consommable (2) et la matière brute puis le bain fondu (16), caractérisée par le fait que l'on dispose, le long de la face extérieure du fond (11) de la cuve et à proximité immédiate de celle-ci, un ensemble de conducteurs comprenant au moins deux conducteurs de retour (5) reliés à une électrode de sole (3), et que l'on détermine le profil et l'orientation d'au moins deux conducteurs de cet ensemble de façon à produire, par passage d'un courant continu d'intensité contrôlée, des champs magnétiques dont les effets mutuels de déviation des arcs, compte-tenu de l'ensemble des influences magnétiques exercées en fonctionnement par les autres conducteurs et les différentes parties de l'installation, soient tels que le ou les arcs soient dirigés vers une zone déterminée du bain métallique.
2. Procédé de fusion selon la revendication 1, caractérisé en ce que les conducteurs dont on détermine le profil pour régler la direction du ou des arcs sont les conducteurs de retour (5) placés sous le fond de la cuve.
3. Procédé de fusion selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on détermine le parcours des conducteurs de retour (5) le long du fond (11) de la cuve de façon que la résultante des efforts exercés sur les arcs par les champs magnétiques créés par le passage du courant dans lesdits conducteurs soit aussi réduite que possible.
4. Procédé de fusion selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on crée des champs magnétiques additionnels au moyen d'un ensemble de bobines d'induction (6) disposées autour de la cuve et dont on détermine les positions et orientations ainsi que les intensités des courants qui les parcourent de telle sorte que les effets desdits champs additionnels compensent les effets des autres conducteurs pour diriger les arcs (20) vers une zone déterminée du bain.
5. Procédé de fusion selon la revendication 4, caractérisé en ce que les bobines d'induction (6) sont reliées à la source de courant par l'intermédiaire de conducteurs additionnels (62).
6. Procédé de fusion selon la revendication 4, caractérisé en ce que les bobines d'induction (6) sont branchées en dérivation sur les conducteurs de retour (5) des électrodes de solde.
7. Procédé de fusion selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on détermine l'épaisseur et/ou la nature du métal constituant le fond de la cuve, de telle sorte que celui-ci constitue un écran magnétique susceptible de minimiser les effets sur les arcs du passage du courant.
8. Procédé de fusion selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans une première étape, on établit un modèle mathématique permettant de calculer les effets sur les arcs de tous les éléments parcourus par un courant élec­trique, en tenant compte des intensités dudit courant, des caractéristiques magnétiques des différentes parties de la cuve et de l'évaluation de la charge en fonction de l'élé­vation de température au cours des différentes phases de la fusion, en distinguant dans le calcul les éléments fixes dont les caractéristiques et le positionnement sont fixés à l'avance et les éléments variables sur lesquels on peut agir et, dans une seconde étape, on fait varier le chemine­ment des conducteurs de façon à déterminer la disposition nécessitant une longueur minimale de conducteurs pour un contrôle optimal de la direction des arcs.
9. Four électrique de fusion de métal à courant continu, comprenant une cuve (1) limitée par un fond (11) recouvert d'une sole réfractaire (15) et une paroi latérale (12) et fermée par un couvercle amovible (13) en forme de voûte, au moins une électrode de voûte consommable (2), montée coulissante verticalement à travers la voûte (13) et au moins une électrode fixe (3) placée dans la sole (15), lesdites électrodes de voûte (2) et de sole (3) étant reliées par des conducteurs, respectivement d'alimentation (22) et de retour (5), aux deux bornes (41, 42) d'une source (4) de courant continu pour la formation d'au moins un arc électrique (20) entre l'électrode consommable (2) et la matière brute telle que de la ferraille, chargée dans le four avec fusion de celle-ci et formation d'un bain métallique (16), caractérisé par le fait qu'il comprend au moins deux conducteurs de retour (51, 52) disposés le long de la face extérieure (11) du fond de la cuve et comprenant chacun une première partie (511, 521) s'écartant de la zone des électrodes (3) jusqu'à une distance pour laquelle le champ magnétique produit par le passage du courant a une influence négligeable sur l'arc électrique et une seconde partie (512, 522) de raccordement à la source de courant (4), et que les premières parties (511, 521) des électrodes s'écartent suivant des directions divergentes déterminées en tenant compte des possibilités d'implantation sur le fond de la cuve de telle sorte que, pour une longueur totale optimale de l'ensemble des conducteurs de retour (5), les champs magnétiques générés par le passage du courant dans lesdits conducteurs produisent, par compensation mutuelle, un effet global de déviation tel que, compte-tenu de l'ensemble des influences magnétiques exercées sur les arcs (20), ces derniers se dirigent vers une zone déterminée du bain métallique.
10. Four électrique selon la revendication 9 , caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de bobines d'induction (6) disposées le long de la paroi et/ou le fond de la cuve et dont les positions et orientations ainsi que les intensités des courants qui les parcourent sont déter­minées de façon à créer des champs magnétiques additionnels susceptibles de diriger les arcs (20) vers une zone détermi­née du bain métallique (16).
11. Four électrique selon la revendication 10, caractérisé en ce que les bobines d'induction (6) sont alimentées sous des intensités indépendantes et variables par la source de courant (4), par l'intermédiaire de conducteurs additionnels (62).
12. Four électrique selon la revendication 10, caractérisé en ce que les bobines d'induction sont branchées en dérivation sur les conducteurs de retour (5) des électrodes de sole (3).
13. Four électrique selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que l'épaisseur du fond (11) de la cuve (1) et/ou la nature du métal le constituant sont déterminées de telle sorte que ledit fond (11) constitue un écran magnétique susceptible de minimiser les effets de déviation des arcs produits par le passage du courant.
14. Four électrique selon l'une des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que le fond (11) de le cuve étant muni d'ouvertures (30) de passage des électrodes de sole, chaque conducteur de retour (51) est associé à un écran magnétique (35) interposé au-dessous du fond (11) de la cuve (1), entre ledit conducteur (51) et l'ouverture (30) correspondante, ledit écran (35) étant dimensionné et disposé de façon à masquer le maximum possible de longueur horizontale du conducteur (51) vis-à-­vis de l'ouverture (30) correspondante.
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